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计算机复习 · 06|计算机网络
本文属于「计算机复习」系列。第 1~8 章专题页 · 系列目录与阅读说明;文中页码指原教材 PDF 页码,Windows/Office 操作沿用 Windows 7/Office 2010 语境。
原书范围:PDF 第 145—188 页;第一章第 53—55 页也有网络概述。 试卷中的子网划分、端口、MAC 地址、协议三要素须一并掌握。
6.1 定义、发展、功能与分类
- 网络:通过通信线路和设备,把地理上分散、具有独立功能的计算机连接,在网络协议和软件支持下完成通信与资源共享。
- 网络是计算机技术与通信技术结合的产物;最突出的优点是资源共享,包括硬件、软件、数据资源。其他功能有分布式处理、负载分担、提高可靠性等。
- Internet 起源于美国 ARPANET,1969 年是重要节点;NSFNET 推动学术网络扩展。中国于 1994 年实现与国际互联网的全功能连接。【题源:第 187 页判断题】
- ARPANET 是早期分组交换网络,不能笼统认定它之前没有任何计算机通信网络。
- 网络由网络硬件与网络软件组成;逻辑上分 资源子网和通信子网,分别侧重信息处理/共享与信息传输/交换。
- 局域网 LAN、城域网 MAN、广域网 WAN 主要按覆盖范围划分,不以计算机数量为标准;范围公里数是传统教材参考,不是绝对界线。
- 按介质:有线、无线;按服务方式:对等 P2P、客户机/服务器 C/S;浏览器/服务器 B/S 是常见应用结构。
- 对等网各节点可兼任服务提供者和使用者,不一定有专用服务器;C/S 中客户端发请求、服务端提供服务,角色不是由机器外形决定。
- Internet 是网络的互联体系;WWW 是其中一种服务。内联网 Intranet 为组织内部网络,Extranet 为面向特定外部伙伴的受控扩展【延伸】。
- 历史国内骨干网络题:CHINANET 中国公用计算机互联网、CERNET 中国教育和科研计算机网、CSTNET 中国科技网、CHINAGBN/GBNET 金桥信息网。按历史题背景记忆,不视为现今全部骨干网络名单。【题源:第 229 页第 45 题】
6.2 拓扑结构和局域网
| 结构 | 连接特征 | 优缺点及故障题 |
|---|---|---|
| 总线型 | 节点共用干线,传统两端有终端匹配 | 布线较省,主干故障影响大,共享信道可能冲突 |
| 星型 | 节点各连中心设备 | 易管理,一条支路故障通常仅影响该节点;中心故障影响全网 |
| 环型 | 节点连成环 | 传统令牌方式有序访问;单环故障可能影响全网 |
| 树型 | 分层连接,可看作多级星型 | 易扩展,较高层故障影响其子树 |
| 网状型 | 存在多条互连路径 | 冗余与容错强,成本和管理复杂度高 |
- 物理拓扑与逻辑拓扑不同:传统共享以太网常为逻辑总线;现代交换式以太网物理上常为星型/树型。“所有以太网都是总线型”不正确。
- 完全网状 n 个节点需要
n(n−1)/2条双向链路【延伸】;普通网状不要求每两个节点都直连。 - 传统局域网类型:以太网 Ethernet、令牌环 Token Ring、令牌总线 Token Bus、FDDI。
- 令牌总线物理上总线、逻辑上环;令牌环按令牌控制发送;FDDI 常采用光纤双环,故障时可通过主副环回绕形成可用通路。
- 【题目补充】介质访问控制:共享介质必须决定“谁先发送”。传统共享以太网 CSMA/CD 检测冲突;无线局域网常用 CSMA/CA 避免冲突;现代全双工交换以太网不靠 CSMA/CD 处理冲突。
- 100BASE-T:100 表示 100Mb/s,BASE 表示基带,T 表示双绞线;千兆以太网为 10^9bit/s,不是 10^6bit/s。
6.3 网络协议、OSI 与 TCP/IP
- 协议是通信实体共同遵守的规则;语法、语义、时序/同步为三要素。语法规定格式,语义规定含义和动作,时序规定顺序和时间关系。【题源:第 188 页填空】
- 网络体系结构是层次结构与各层协议的集合,描述功能与关系,不直接等于具体硬件实现。
- 同层实体遵守协议,相邻层通过接口提供服务;分层使功能相对独立,不能理解为“随便改一层,其他任何条件都不必考虑”。
| OSI 层次(自下向上) | 核心职责 | 常用理解 |
|---|---|---|
| 1 物理层 | 电气、机械、信号和比特传输 | 比特 |
| 2 数据链路层 | 成帧、链路寻址、链路差错检测等 | 帧;MAC 地址 |
| 3 网络层 | 逻辑寻址、路由与分组转发 | IP 数据报/包 |
| 4 传输层 | 端到端/进程间传输 | TCP 段、UDP 数据报;端口 |
| 5 会话层 | 建立、管理、终止会话 | 会话组织 |
| 6 表示层 | 格式转换、编码、加密、压缩等 | 数据表示 |
| 7 应用层 | 面向应用提供网络服务 | HTTP、FTP、邮件等 |
TCP/IP 四层,自下向上:网络接口层→网际层/互联网层→传输层→应用层。其网络接口层大致对应 OSI 下两层,应用层大致合并 OSI 上三层。五层教学模型则把接口层拆为物理、数据链路,答题必须看题目采用哪个模型。
- IP:网际协议,负责寻址、路由和尽力而为的数据报传递,不保证必达、有序、无重复。
- TCP:传输控制协议,面向连接,提供可靠有序字节流,以及流量控制、拥塞控制等。
- UDP:用户数据报协议,无连接,开销小,不在协议自身保证可靠、有序;适用于可自行处理丢包的实时或简单请求业务。
- 【纠错】“TCP/IP 中所有协议都可靠”错误;“IP 负责存储数据”也不是其核心职责。
6.4 网络设备、传输介质与组网
| 设备 | 典型层次/依据 | 功能 |
|---|---|---|
| 网卡 NIC | 涉及物理和数据链路功能 | 连接主机与网络介质,收发帧 |
| 中继器 | 物理层 | 再生、整形信号,延长可用传输距离 |
| 集线器 Hub | 物理层 | 多端口中继,普通集线器不按目标 MAC 选择端口 |
| 网桥/二层交换机 | 数据链路层,MAC | 学习地址、过滤和转发帧 |
| 路由器 | 网络层,IP/路由表 | 连接网络、选择路由、转发 IP 数据报 |
| 网关 | 随用途不同,可涉及高层 | 协议/应用转换;“默认网关”常是路由器接口 |
| Modem | 信号转换 | 调制:数字→适合线路传送的模拟信号;解调反向 |
- 多层交换机可能具有三层路由功能;家用路由器可能集成交换、无线接入、DHCP、DNS 转发,不能因产品集成功能就混淆设备的基本考点。
- MAC 地址【题源:第 247 页第 77 题】:普通以太网地址 48 位=6 字节,常写为 12 个十六进制数字。MAC 是链路地址,IP 是网络层逻辑地址;出厂地址通常设计为唯一,但存在修改、虚拟化和随机化,不能说任何情况下永不改变。
- 双绞线:UTP 非屏蔽、STP 屏蔽;绞合减小干扰,常见网线 4 对 8 芯,RJ-45 俗称水晶头。
- 同轴电缆:中心导体、绝缘层、屏蔽层、护套,传统以太网/有线电视相关。
- 光纤:以光信号传输,抗电磁干扰强、带宽高、可远距离;单模、多模;传播基本原理为全反射,弯曲不能任意超过限制。
- 无线介质:无线电、微波、红外等;光纤是有线介质。微波常要求视距,远距离可用中继或卫星。
- 介质性能看带宽、衰减、抗干扰、距离、成本等,不只看体积。
- 组网基本步骤:规划→选择网卡/交换机/介质→布线接入→驱动→配置 IP、掩码、网关、DNS→检查连通→配置共享与权限。
- 老设备两台主机直接连接常用交叉线;现代 Auto-MDI/MDIX 可自动适配,因此属于有条件的旧题结论。
- 静态地址由管理员配置,动态地址通常由 DHCP 分配;自动获取不代表每次一定不同,更不是任意随机取一个地址。
- ping 测试 IP 层可达性线索,ipconfig 查看网络配置,nslookup 查询 DNS,tracert 查看路径线索【后两项为延伸】。ping 失败可能由过滤策略造成,不能单凭它断言目标不存在。
- 网络操作系统例:Windows Server、UNIX、Linux、NetWare;作用含文件、打印、通信、用户权限和资源管理。网络操作系统不一定独立运行在另一个操作系统“之上”。
6.5 IPv4、分类编址与子网计算
IPv4 和地址分类
- IPv4 长 32 位=4 字节,点分十进制 4 段,每段 0—255;“数值格式合法”与“可分配给普通主机”是不同问题。
- 地址由网络部分和主机部分组成,分界由掩码/前缀长度决定;现代主要采用 CIDR,无类别编址。
| 传统类别 | 首字节/前缀 | 默认掩码 | 常规网络中可用主机数 |
|---|---|---|---|
| A | 通常 1—126,首位 0 | 255.0.0.0,/8 | 2^24−2 |
| B | 128—191,前两位 10 | 255.255.0.0,/16 | 2^16−2 |
| C | 192—223,前三位 110 | 255.255.255.0,/24 | 2^8−2=254 |
| D | 224—239 | 不使用普通 A/B/C 主机划分 | 组播 |
| E | 240—255 | 保留用途;另有特殊地址 | 不作为普通单播主机段 |
- 127.0.0.0/8 用于回环,典型 127.0.0.1;0.0.0.0 可表示未指定地址等特殊含义;255.255.255.255 为受限广播。
- 私有地址【延伸】:10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16;不同私网可复用,公网通信常经 NAT 等方式。公网可路由地址需避免冲突,不代表每个设备一生只有一个 IP。
- 子网掩码中网络位为连续 1,主机位为 0;
IP AND 掩码得网络地址。 - 普通常规子网中主机位全 0 为网络地址,全 1 为定向广播,不分配普通主机;/31 点对点、/32 有特殊用途,基础“减 2”题一般不涉及这些例外。
子网划分通法
- 所需主机数 H,找最小 h 使
2^h−2 ≥ H。 - 前缀长度为
32−h,转换成掩码。 - 求每个子网地址块大小、网络地址、广播地址、可用主机范围。
- 若从原网络借用 s 位划子网,现代通常可得 2^s 个子网;仅当老题明确排除全 0/全 1 子网时另按条件处理。
原书第 229 页第 47 题:每子网至少 60 台主机。 h=6,因为 2^6−2=62;前缀 /26,掩码 255.255.255.192。原 /24 可分成 4 个 /26 子网,末字节起点为 0、64、128、192。
例:192.168.1.130/26:网络地址 192.168.1.128,广播地址 192.168.1.191,可用 192.168.1.129—190,共 62 台。
【纠错】原书第 167 页给 192.168.0.0/24 网络分配主机时把末字节写成 1—255。应为 1—254,255 是广播地址。
IPv6
- 长 128 位=16 字节,通常 8 组十六进制,以冒号分隔;一组前导零可省略,连续全零组可用
::压缩,通常同一地址中只能出现一次。 - 扩大地址空间是主要动机;不意味着“每条连接必然更快”“天然杜绝攻击”。
- 原书第 54 页写成 64 位,第 171 页为正确的 128 位,应记 128 位。
6.6 域名、DNS、URL、HTTP 与端口
- 域名是层次化名称,点分隔,从右往左层级由高到低;
www.example.edu.cn最右的cn为顶级域,不是edu。 - 常见机构域:com 商业、edu 教育、gov 政府、mil 军事、net 网络、org 组织、int 国际组织;国家/地区域 cn 中国、uk 英国、jp 日本、de 德国、fr 法国等。域名后缀本身不能保证网站可信。
- DNS 为域名系统,主要完成名称到地址等记录查询;域名与 IP 不是严格一一对应,一个域名可有多个 IP,一个 IP 可服务多个域名。
- 域名通常不区分大小写;URL 的路径部分是否区分取决于服务器,不能把整个 URL 都当作不区分大小写。
- URL 为统一资源定位器,常见结构:
协议://主机[:端口]/路径/文件?查询#片段。例如https://example.com:443/a/index.html。 - HTTP 是超文本传输协议;HTTPS 是通过 TLS 等安全通道承载 HTTP。HTML 是超文本标记语言,不是传输协议。
- 超文本核心是链接,超媒体把链接扩展到图像、音频、视频等;网站主页是站点的入口页面。
端口号补充:第 244 页第 24 题直接考 WWW 默认端口,须记 HTTP 80。
| 协议/服务 | 常见端口 | 功能 |
|---|---|---|
| HTTP/HTTPS | 80/443 | 网页传输/安全网页传输 |
| FTP | 21 控制;20 为传统主动模式数据端口 | 文件传输,被动模式数据端口另协商 |
| Telnet | 23 | 传统远程终端 |
| SSH | 22 | 安全远程登录【延伸】 |
| SMTP | 25;提交邮件常见 587 | 邮件发送和转发 |
| POP3 | 110 | 邮件接收 |
| IMAP | 143 | 服务器邮件访问与同步 |
| DNS | 53 | 域名查询;可用 UDP 或 TCP |
IP 用于定位网络端点,端口用于区分传输层应用端点,MAC 用于本地链路传输,DNS 处理名称映射,四者不可混用。
6.7 Internet 接入、浏览、邮件与即时通信
- ISP:Internet 服务提供商。接入方式包括电话拨号、ISDN、ADSL、专线、光纤、校园/单位网络、无线局域网和蜂窝移动网络等。
- ISDN:综合业务数字网;ADSL:非对称数字用户线路,下行与上行速率不同,传统方式利用电话铜线并以频分区分业务;距离与线路质量影响速度。
- DDN 为数字数据网专线;FTTH 为光纤到户【延伸】。不能把“宽带”一概等同于电话拨号。
- Wi-Fi 不等于 Internet:接上 Wi-Fi 只表明接入无线局域网,还要看是否有外网连接。
- 浏览器与搜索引擎不同:浏览器是软件,搜索引擎是检索服务。搜索引擎工作一般包括抓取、建立索引、检索/排序。
- 收藏夹保存网址;历史记录保存访问轨迹;保存网页把内容存到本地,三者不同。后退、前进、刷新、停止有各自功能,Esc 常停止当前加载。
- 上传:本地→远端;下载:远端→本地;从 Web 下载可能使用 HTTP(S),不都是 FTP。
- BBS:电子公告板/论坛,允许阅读和发表;即时通信 IM 支持即时消息、语音、视频、文件等;QQ、微信为本书例子,飞信等属于历史产品背景。
电子邮件
- 地址格式:
用户名@邮件域名,不是网页 URL;邮件域名也不必恰好等于实际 SMTP/POP 服务器主机名。 - 流程:发件人客户端→发件服务器→收件服务器→收件人客户端,采用存储转发;收件人电脑可关机,不要求双方同时在线。
- SMTP 发信/转发,POP3 收取,IMAP 访问与同步;Web 邮箱界面使用 HTTP(S),服务器背后仍有邮件系统协议。
- 收件人 To、抄送 Cc、密送 Bcc;至少要有有效目标收件地址,主题和附件不是协议上的必填条件;可多人收件、可附文字图片等文件。
- 附件大小、类型和安全扫描受服务限制,不能说“任意大小、任意电子数据都能毫无限制发送”。
- 【版本纠错】Office 2010 邮件组件是 Outlook 2010,不是“Outlook Express 2010”。
6.8 数据通信计算与电子商务、电子政务
数据通信补充
- 单工:仅单向;半双工:可双向但不能同时;全双工:可同时双向。题源第 188 页。
- 比特率单位 bit/s、bps;字节速率 B/s。理想 100Mb/s = 12.5MB/s,实际有效吞吐率通常更低。
- 理想传输时间 = 数据量 bit ÷ 速率 bit/s;若文件给 MiB,先乘 2^20 再乘 8。
- 例:100MiB 文件在 100Mb/s 链路上传输,忽略开销需
100×2^20×8÷10^8≈8.39秒。 - 波特率是每秒码元数,若每码元表示 k 位,比特率=波特率×k;不总等于比特率【延伸】。
- 分组交换将数据拆成分组,经中间节点转发,适合共享网络;电路交换先建立专用通道;报文交换以整个报文存储转发【延伸】。
电子商务和电子政务
- 电子商务以商务活动为本质,信息网络技术为手段,含宣传、洽谈、订购、支付、账户、交易管理、物流及服务等;“只是网上购物”不全面。
- 延伸类型:B2B 企业对企业、B2C 企业对消费者、C2C 消费者对消费者、O2O 线上与线下结合。
- 网络营销是整体营销的一部分,涉及扩大销售、降低成本、加强沟通,不仅是提高知名度;电子支票是支票的电子形式。
- 电子商务常涉及信息流、商流、资金流、物流协同;网上商城属于具体电子商务应用。具体“起始年份”存在不同口径,不宜当作不加限定的统一历史事实。
- 电子政务:政府用信息技术优化管理、监管和公共服务;公众需求和公共服务是重要目标,不等同于企业盈利活动。
- 功能例:电子公文、采购招标、税务、公共服务办理、信息公开等;政府内部 OA 是常见基础应用。
- 题目涉及政府内网、外网、门户网站,及整体规划、分步实施、信息资源规划、标准化等原则。G2G、G2B、G2C 分别表示政府间、政府与企业、政府与公众【延伸】。
- 云计算【题源:第 187 页】:按需经网络获取共享计算资源,不是专门用于航空航天;IaaS、PaaS、SaaS 为可选延伸。
本章自检:能否区分 MAC/IP/域名/端口?能否计算 /26 子网?OSI 与 TCP/IP 各几层?TCP 与 UDP 谁保证可靠?邮件是否要求收件人在线?
计算机复习 · 06|计算机网络
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